Det är inte varje dag vi lär oss något som i grunden förändrar hur vi förstår vår värld. Men för UC Santa Barbara Earth-forskaren Matthew Jackson och tusentals vulkanologer över hela världen har en sådan uppenbarelse inträffat.

Under provtagning av magma från vulkanen Fagradalsfjall på Island upptäckte Jackson och hans medarbetare en process som var mycket mer dynamisk än någon hade anat under de två århundradena som forskare har studerat vulkaner.

"Precis när jag tror att vi har kommit nära att ta reda på hur dessa vulkaner fungerar får vi en stor överraskning", sa han.

Geologernas fynd publiceras i tidskriften Nature .

10 000 år på en månad

Det tog ett sabbatsår, en pandemi och 780 år av smältande underjordisk sten för att sätta Jackson på rätt plats och tid för att bevittna födelsen av Fagradalsfjall, en spricka i låglandet på sydvästra Island som splittrades och exploderade med magma i mars 2021. Därmed tid, sa han, var alla på Reykjaneshalvön redo för någon form av utbrott.

"Jordbävningssvärmen var intensiv", sa han om de 50 000 eller så vädret – någon magnitud 4 och högre – som skakade jorden i veckor och höll större delen av Islands befolkning på kant.

Men sömnbristen var värt det, och argheten förvandlades till fascination när lava bubblade upp och stänkte från hålet i marken i den relativt tomma Geldingadalur-regionen. Både forskare och besökare strömmade till området för att se den nyaste delen av jordskorpan. De kunde komma tillräckligt nära för att prova lavan kontinuerligt från början, tack vare vindar som blåste bort de skadliga gaserna och lavans långsamma flöde.

Det geologerna, med Sæmundur Halldórsson i spetsen vid Islands universitet, försökte ta reda på var "hur djupt i manteln magman uppstod, hur långt under ytan den lagrades före utbrottet och vad som hände i reservoaren både före och under utbrottet." Frågor som dessa är, även om de är grundläggande, faktiskt några av de största utmaningarna för dem som studerar vulkaner, på grund av utbrottens oförutsägbarhet, faran och extrema förhållanden, och många aktiva platsers avlägsenhet och otillgänglighet.

"Antagandet var att en magmakammare fylls upp långsamt med tiden, och magman blir väl blandad," förklarade Jackson. "Och sedan rinner det av under utbrottet." Som ett resultat av denna väldefinierade tvåstegsprocess, tillade han, förväntar sig de som studerar vulkanutbrott inte att se betydande förändringar i magmans kemiska sammansättning när den strömmar ut ur jorden.

"Det här är vad vi ser vid Mount Kilauea på Hawaii," sa han. "Du kommer att ha utbrott som pågår i flera år, och det kommer att ske mindre förändringar över tiden.

"Men på Island var det mer än en faktor 1 000 högre förändringshastigheter för viktiga kemiska indikatorer," fortsatte Jackson. "På en månad visade Fagradalsfjall-utbrottet mer sammansättningsvariabilitet än vad Kilauea-utbrotten visade på decennier. Det totala utbudet av kemiska sammansättningar som provtogs vid detta utbrott under den första månaden sträcker sig över hela området som någonsin har brutit ut i sydvästra Island under de senaste 10 000 åren."

Enligt forskarna är denna variation ett resultat av efterföljande partier av magma som flödar in i kammaren från djupare in i manteln.

"Föreställ dig en lavalampa i ditt sinne," sa Jackson. "Du har en varm glödlampa på botten, den värmer upp en klump och klumpen stiger, svalnar och sedan sjunker. Vi kan tänka på jordens mantel - från toppen av kärnan till under de tektoniska plattorna - som fungerar ungefär som en lava lampa." När värmen gör att delar av manteln stiger och plymer bildas och rör sig flytande uppåt mot ytan, förklarade han, ackumuleras smält sten från dessa plymer i kammare och kristalliseras, gaser flyr ut genom skorpan och trycket byggs upp tills magman hittar en väg att fly.

Under de första veckorna, som beskrivs i tidningen, var det som bröt ut den förväntade "utarmade" magmatypen som hade ackumulerats i reservoaren, som ligger cirka 10 miles (16 km) under ytan. Men i april visade bevis att kammaren laddades upp av djupare, "berikade" smältor med en annan sammansättning som kom från en annan region av den uppväxande mantelplymen under Island. Denna nya magma hade en mindre modifierad kemisk sammansättning, med en högre magnesiumhalt och en högre andel koldioxidgas, vilket tyder på att färre gaser från denna djupare magma hade rymt. I maj var magman som dominerade flödet den djupare, berikade typen. Dessa snabba, extrema förändringar i magmasammansättningen vid en plymmatad hotspot, säger de, "har aldrig tidigare observerats i nästan realtid."

Dessa förändringar i sammansättning är kanske inte så sällsynta, sa Jackson; det är bara det att möjligheter att prova utbrott i ett så tidigt skede inte är vanliga. Till exempel, före Fagradalsfjall-utbrottet 2021 inträffade de senaste utbrotten på Islands Reykjaneshalvö för åtta århundraden sedan. Han misstänker att denna nya aktivitet signalerar starten på en ny, möjligen århundraden lång vulkancykel på sydvästra Island.

"Vi har ofta inte ett register över de första stadierna av de flesta utbrott eftersom dessa blir begravda av lavaflöden från de senare stadierna," sa han. Detta projekt, enligt forskarna, gjorde det möjligt för dem att för första gången se ett fenomen som man trodde var möjligt men som aldrig hade bevittnats direkt.

För forskarna presenterar detta resultat en "nyckelbegränsning" i hur modeller av vulkaner runt om i världen kommer att byggas, även om det ännu inte är klart hur representativt detta fenomen är för andra vulkaner, eller vilken roll det spelar för att utlösa ett utbrott. För Jackson är det en påminnelse om att jorden fortfarande har hemligheter att ge.

"Så när jag går ut för att prova ett gammalt lavaflöde, eller när jag läser eller skriver tidningar i framtiden," sa han, "kommer det alltid att tänka på mig:det här kanske inte är hela historien om utbrottet." + Utforska vidare

Vulkanutbrottet på Island öppnar ett sällsynt fönster till jorden under våra fötter